關于“氣體壓強的產生”實驗裝置的改進——設計報告

康峰

一、實驗器改進思路

為了能直觀形象的模擬氣體分子對器壁的撞擊作用，全日制普通高級中學物理教科書，選修3-3第八章第四節《氣體熱現象的微觀意義》一節中，對氣體壓強的產生過程設計了一個模擬實驗，即把小滾珠往電子秤盤上分次、由少而多地傾倒，觀察秤的指針擺動幅度（如圖1）。這個實驗同樣效果明顯，然而，筆者發現：在實驗時撒落的小滾珠四散難收、實驗場地混亂，而且做實驗時有部分小滾珠會停在秤盤上，這些小滾珠的重量也會使秤的指針擺動，這樣就會使模擬氣體分子撞擊器壁的直觀形象度大打折扣，學生容易發生誤解，且用電子秤盤做該實驗，實驗成本較高。

為此，筆者指導學生設計了兩種方案用來“模擬氣體壓強的產生”。現將實驗裝置和創新的實驗過程作一介紹，愿與同行共商自制教具運用于課堂教學實踐的技巧和必要性問題。

二、制作材料

一個閑置的玻璃花瓶、一長一短兩段軟彈簧、細線、掛鉤、一個中間凸起的圓形托盤（洗潔劑塑料瓶自制）、一個圓形鐵片（廢棄易拉罐瓶蓋自制）、一個塑料瓶蓋、一個紅色橡皮筋圈、一杯米粒等。

三、制作方法

方案一：

1.在一個自制軟彈簧的上端拴上線并系上掛鉤，下端掛著的中部凸起的圓形托盤組成一個自制的彈簧秤（如圖2）；

2.將其掛在一個閑置的玻璃花瓶邊緣上（如圖3）；

3.外加一杯米粒來模擬氣體分子（如圖4）。

方案二：

1.將一個自制圓形鐵片和一個塑料瓶蓋分別系在一較長的軟彈簧兩端（如圖5），并將其置于玻璃花瓶底部（如圖6）；

2.同樣外加一杯米粒來模擬氣體分子。

四、創新的實驗過程

讓兩位學生上講臺互相配合操作，代替教師做演示實驗，真正發揮學生的主體作用。

實驗過程：

1.方案一：把自制的彈簧秤懸掛于一閑置的玻璃花瓶內（或方案二中：把自制的彈簧秤置于玻璃花瓶底部），使圓形秤盤位于玻璃花瓶中心，周圍不靠花瓶壁。

2.用米粒做空氣分子模型，把裝有米粒的杯子拿到玻璃花瓶的正上方一定位置處，將少量米粒慢慢倒在玻璃花瓶內的秤盤上，可看到秤盤會下降到一定的刻度處。

3.再在相同的高度把大量米粒持續快速地倒在小秤盤上，秤盤會下降到較大一段距離處后基本穩定不動（演示效果：方案一見圖7。方案二見圖8）。

五、演示效果

1.微觀變宏觀、抽象變直觀，化繁為簡，便于觀察理解。

2.實驗現象明顯、趣味性強，全班同學搶著上講臺爭著做演示，搶不上的也安心靜靜地觀察、思考，或相互探討模擬實驗的真諦——氣體壓強產生的必備條件。

3.實驗演示直觀形象，突破了教材難點，創設了情境化物理教學氛圍，有助于活躍課堂氣氛。用簡易的自制教具做實驗，更能引起學習興趣，激發創新意識，達到意想不到的效果。

4.實驗后，讓同學們相互討論，很快便總結出：氣體的壓強產生于氣體分子對器壁地撞擊過程，它的大小取決于氣體分子的密集程度和平均動能，場面嚴肅，氣氛活躍。

六、儀器優點

用現有的極普通的廢料制作，將中間凸起的圓秤盤掛在一個閑置的玻璃花瓶內，或將帶有圓秤盤自制的彈簧秤置于玻璃花瓶底部，米粒既不會停留在秤盤上，也不會撒落到地面上，綠色環保、攜帶方便。并且利用課余時間進行制作，可激發學生的實驗興趣，活躍思維、激發學生的創新意識，提高自制興趣，培養動手、動腦能力。做實驗時，現象明顯、趣味性強，用于教學實踐后提高了教學效果。可以幫助師生進一步理解和掌握教村內容，改進后的實驗裝置成本低、易操作，也可解決貧困地區中學物理自制開展難、實驗教具困乏的問題，對提高中學物理教學有重要意義。

七、總結、評價、交流與應用

在課堂時間地點的限制下，通過學生上講臺做演示實驗，既調動學生的積極性，同時也打破了教師做演示實驗學生看的常規，學生自己動手、獨立思考、相互探討、共同歸納出實驗結論，真正發揮了學生的主體作用，而教師只是在關鍵的時候從旁給予一些必要的點撥和啟發。同學們都感到輕松愉快，他們在歡悅的情境中輕而易舉地掌握了課本內容。筆者嘗試用該自制教具做創新實驗，實驗效果明顯。基本實現了以學生為主體，教師為主導的新課改要求。用小米粒模擬氣體分子，使微觀的東西得以宏觀化，抽象的方法得以形象化，創設了情境，激發了情意，從而把通用技術的思想和方法滲透到物理演示實驗當中。